變頻器在紙品機械中的應用
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中國造紙產(chǎn)業(yè)有效生產(chǎn)能力自1990年以來，特別是自1995年以來一直在持續(xù)增長。到2002年底為止，我國有4000多個造紙廠，其中規(guī)模以上的有2600多家。2002年的總產(chǎn)量達到了3780萬噸。在今后的1-2年中，還將會有近1000萬噸的新增生產(chǎn)能力。目前的新增紙機的傳動設備已經(jīng)有80%以上采用交流傳動變頻器。目前在紙機分部傳動上使用的變頻器必須能同時具備以下特點：
?。?）調速范圍寬，在全速度范圍內，效率必須在90%以上；
?。?）功率因數(shù)高于0.9以上；
?。?）輸進諧波電流總失真小于3%；
（4）采用可靠性高、技術成熟的標準器件IGBT。
?。?）能減少輸出諧波分量并有效降低dv/dt噪音和轉矩脈動的效果。
?。?）能接進編碼器，并要求啟動力矩大。
（一）、造紙機變頻改造的遠景和分析。
占有關方面統(tǒng)計，我國擁有3780多萬噸生產(chǎn)能力，單機生產(chǎn)能力在5萬噸以上以及紙板機生產(chǎn)能力在10萬噸以上的不足三分之一，尚有三分之二以上的生產(chǎn)能力需要投進巨資改造，其中至少三分之一的紙機需要部分部更換原來的傳動部分（包括機械齒輪箱和電機傳動），以進步車速或降低能耗。
我國造紙機分部傳動設備，以前采用SCR直流調速方式，由于存在滑環(huán)和炭刷造成可靠性和精度不高，從而導致紙機的機械落后，最高車速也只有200m/min左釉冬很難同國外的1000m/min的高速紙機相比。造紙是一個連續(xù)生產(chǎn)的過程，因此生產(chǎn)線的連續(xù)和有序控制成為了制約成品紙質量和產(chǎn)量的瓶頸。直流調速系統(tǒng)在紙機的發(fā)展史上占有重要的地位，但由于直流電機存在維護難、抗環(huán)境能力差，主要表現(xiàn)如下：
?。?）整流子磨損嚴重,燒毀整流子的故障,導致停機時間長；
?。?）直流電機維修困難多,要求高,修理用度也高；
?。?）測速發(fā)電機易磨損，造成傳動系統(tǒng)精度低；
（4）直流調速控制系統(tǒng)復雜,調試困難,一般技工很難調出好的機器。
交流變頻調速技術以其卓越的調速性能,明顯的節(jié)電以及在國民經(jīng)濟領域的廣泛適用性，而被公以為是一種最有前途的交流調速方式。它不但具有直流電機優(yōu)良的調速性能，同時具有交流電機簡單、可靠，因而逐漸被廣泛應用由此看來，造紙機分部傳動機械的變頻化已是大勢所趨。
造紙機傳動的變頻改造有非常好的效果，如從工藝上改善紙品、增加產(chǎn)能、降低能耗、延長停機檢驗周期。
以某廠改造一臺長網(wǎng)紙機為例，它有兩個分部：一個是烘缸（干部），一個是網(wǎng)部（濕部）。根據(jù)工藝要求抄紙速度為20－100m/min，紙頁定量為9－30g/m2。一般紙機的傳動精度要求達到1－3‰，由于速度變化范圍大，最低定量為9g/m2,要求紙機的傳動精度更高。因此，選擇紙機的傳動控制方案閉環(huán)系統(tǒng)。
（二）、節(jié)能效益分析
根據(jù)該廠改造前和改造后紙性能耗對比，如下：
改造前的電功率：90米的車速P90=74A×180V＋3×220=W=13.98kW（直流傳動）
按一年生產(chǎn)300天計：整機用電=300×24×13.98=（kWh）
改造后的電功率：90米的車速P90=1.732×16A×380V=W=10.53（kW）（變頻傳動）
整機用電=300×24×10.53=（kWh）
全年可節(jié)電=－=（kWh）
由此可以得出應用變頻器后實際節(jié)能為：25%
?。ㄈ⒐に囆б?wbr>分析
①紙機的運轉率進步：27%以上（由月均勻產(chǎn)量得到，已排除其他因素）可增產(chǎn)值：
②成品率進步：1.6%
綜上所述，采用變頻器后進步紙機的運轉性能，進一步進步了經(jīng)濟效率。
?。ㄋ模┰旒埜綄僭O備的變頻器應用分析
造紙機的輔助設施包括以下幾個系統(tǒng)：供漿系統(tǒng)、白水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、化學品制備及傳送系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)等。為了使造紙性能夠連續(xù)均衡地運轉，它的輔助設施能力，一般應超過造紙機的最大生產(chǎn)能力的15%-30%，這將存在具大的能量損耗。
供漿系統(tǒng)的變頻應用存在具大的能量損耗。供漿系統(tǒng)必須滿足下列幾個條件：
?。?）向造紙機輸送的漿料要穩(wěn)定，誤差不能超過±5%；
?。?）漿料的配比和濃度要穩(wěn)定均勻；
（3）儲備一定的漿料量，使供漿能力可以調節(jié)，以適應造紙機車速和品種的改變；
?。?）對漿料進行凈化精選
?。?）處理造紙機各部分損紙。
通常情況下，供漿系統(tǒng)由供漿管路的漿泵、沖漿泵和凈化設施的壓力篩、除渣器組成，要達成以上五點目的，最主要就是要對漿泵和沖漿泵從全速運行變?yōu)?wbr>可速度調節(jié)變頻運行，終極滿足供漿自動化。
以沖漿泵為例來說明變頻器的速度控制流程：該變衛(wèi)生紙頻控制宜采用雙閉環(huán)系統(tǒng)的速度控制方式，外環(huán)是速度閉環(huán)，內環(huán)是電流或轉矩閉環(huán)。沖漿泵速度的設定值一方面是由漿速和網(wǎng)速比變化而獲得，另一方面是來自于流漿箱的壓力控制器。前者是主調，后者是微調。紙機的漿速和網(wǎng)速比基本上是恒定的，因此紙機的網(wǎng)速一旦變化，沖漿泵的轉速也跟隨變化；為了進步速度調節(jié)器的精確性和反映流漿箱的實際工藝過程，通常還需取流漿箱的壓力PID控制輸出值的±５％的變化來作為沖漿泵附加的速度設定值。速度的實際值取自傳動電機的實際速度采樣，可通過旋轉測速電機或光電旋轉編碼器等檢測裝置獲取。電流的設定值取自速度環(huán)的輸出信號，電流的實際值取自各個傳動點的交流變頻器輸出端電流互感器的丈量值。因此對于沖漿泵的變頻調速而言，需對其進行PID控制，可達到理想節(jié)能效果。
?。ㄎ澹?、壓縮空氣系統(tǒng)的變頻應用
壓縮空氣常用于造紙機網(wǎng)部與壓榨部的氣動加壓升降裝置、網(wǎng)毯的校正裝置、氣墊式流漿箱、引紙設備、涂布氣刀以及各種氣動儀表和調節(jié)裝置等處。
壓縮空氣系統(tǒng)中，主要設備有空氣壓縮機、儲氣罐、減壓閥、空氣過濾器、汽水分離器及安全閥等，造紙機上通常壓力需要為5-6BAR左右。在大多數(shù)紙廠中，都通過2臺以上的空壓機并列運行，然后通過儲氣罐來保持壓力恒定。
由于壓縮機功率較大且控制壓力一般都通過加載或卸載來調節(jié)，電動機始終處于全速運行狀態(tài)。實踐表明該控制方式耗能巨大，浪費嚴重。所以目前都已趨向產(chǎn)用一臺變頻多臺工頻的方式來控制壓縮機組，并組成壓力閉環(huán)。
?。⒒瘜W品制備及傳送系統(tǒng)的變頻應用
由于在脫墨、制漿、涂布、施膠等部位要用到大量的化學品，其使用量與紙機多傳動的速度成正比，所以在化學品的傳送系統(tǒng)（如泵）必須采用無級交流調速系統(tǒng)。在化學品制備中要用到大量的研磨設備，如球磨、膠體磨、砂磨、高切變分散攪拌器等，他們最大的特點就是高功率、高耗能、使用環(huán)境惡劣。目前已經(jīng)有很多廠家在研磨設備上采用變頻器取得了良好的效果。
